physique (suite)

L’ingénieur français Augustin Fresnel*, après avoir obtenu des interférences à l’aide de deux miroirs faiblement inclinés l’un sur l’autre, reprit la théorie ondulatoire, émit l’hypothèse que les vibrations lumineuses issues de la source sont transmises par un fluide élastique mais immatériel, l’éther, qui remplit le vide et imprègne les corps transparents ; afin d’expliquer la polarisation, il admit que ces vibrations sont transversales.

Au début du xviii^e s., l’électricité n’avait guère progressé. On savait que certaines substances, tels la résine, le verre, le soufre, peuvent s’électriser comme l’ambre ; Otto von Guericke avait construit une machine électrostatique constituée par une boule de soufre en rotation que l’on frottait à la main. Jesse Ramsden (1735-1800) la perfectionna en utilisant des plateaux de verre en rotation rapide. En 1729, l’Anglais Stephen Gray (v. 1670-1736) classa les corps en isolants et en conducteurs ; il montra que l’on peut électriser les métaux à condition qu’ils soient isolés. Le Français Charles François Dufay (1698-1739) découvrit, à l’aide du pendule électrique, l’existence de deux sortes d’électricité, qu’il qualifia de résineuse et de vitrée, et que, par la suite, on appela négative et positive ; il montra que les électricités de même nature se repoussent et que celles de noms contraires s’attirent. En 1745, le Hollandais Petrus Van Musschenbroek (1692-1761) découvrit le phénomène de condensation à l’aide de sa « bouteille de Leyde », qui consistait, au début, en un flacon d’eau relié à une machine électrostatique et à laquelle l’abbé Jean Antoine Nollet (1700-1770), célèbre vulgarisateur, donna sa forme définitive en remplaçant l’eau par des feuilles d’or. L’Américain Benjamin Franklin* découvrit l’électricité atmosphérique, montra grâce à son cerf-volant l’analogie du fluide électrique et de la foudre, et appliqua le pouvoir des pointes à la réalisation d’un paratonnerre. Charles Augustin de Coulomb* entreprit les premières études quantitatives ; grâce à sa balance de torsion, il montra que les actions électriques entre deux corps électrisés de petites dimensions sont en raison inverse du carré de leur distance ; il découvrit que l’électrisation des conducteurs est superficielle et il étudia sa répartition.

À la suite d’une controverse entre l’Italien Luigi Galvani (1737-1798) et son élève Alessandro Volta* à propos des convulsions d’une grenouille attachée à un balcon de fer, Volta montra que le contact de deux métaux peut engendrer de l’électricité, et il conçut sa pile en superposant des disques métalliques de natures différentes, séparés par des feuilles de drap imbibées d’une solution acide.

Au début du xix^e s., Antoine César Becquerel* (1788-1878) s’intéressa aux phénomènes chimiques qui se produisent dans la pile, ce qui l’amena à réaliser, à la même époque que l’Anglais John Frédéric Daniell (1790-1845), une pile à deux liquides, non polarisable. Si les premières électrolyses furent réalisées dès le début du siècle (l’Anglais Humphry Davy* isola le sodium en 1807), les lois du phénomène ne furent énoncées qu’en 1831 par Michael Faraday*.

Les relations entre la tension, l’intensité du courant et la résistance du circuit furent établies par l’Allemand Georg Ohm* et par le Français Claude Pouillet (1790-1868) ; l’expression de la chaleur dégagée dans un conducteur par le passage du courant fut donnée par l’Anglais James Prescott Joule*. En 1820, le Danois Christian Œrsted* constata qu’un courant électrique dévie une aiguille aimantée en son voisinage. Cette découverte, ainsi que celle d’André Marie Ampère* sur les actions électrodynamiques et les phénomènes d’induction électromagnétique, permit de faire la jonction entre l’électricité et le magnétisme. Ampère imagina que les propriétés des aimants sont dues à des courants microscopiques de particules électrisées ; il montrait ainsi que tout champ magnétique est dû à des charges en mouvement, ce qu’Henry Augustus Rowland (1848-1901) vérifia en 1876 en montrant qu’un disque électrisé en rotation fait dévier une aiguille aimantée.

En 1862, à partir des lois de l’induction et de l’électromagnétisme, James Clerk Maxwell* rassemble dans son célèbre système d’équations tous les résultats obtenus en électricité et prédit la propagation par ondes du champ électromagnétique : toute variation rapide d’une charge électrique (et par conséquent un courant de haute fréquence) donne naissance à un champ électrique et à un champ magnétique , l’un résultant de la variation de l’autre, de même fréquence, perpendiculaires entre eux et normaux à la direction de propagation ; leur vitesse de propagation est ε étant la permittivité et μ la perméabilité du milieu. Elle est justement égale à celle des ondes lumineuses, ce qui permit à Maxwell d’affirmer l’identité des deux types d’ondes qui ne diffèrent que par leur longueur d’onde. Cette théorie capable d’interpréter les propriétés de la lumière, en particulier la réfraction, la polarisation, la biréfringence, fut vérifiée par Heinrich Rudolf Hertz*, qui, en 1887, produisit les ondes prévues par Maxwell.

La physique contemporaine

Les débuts de la physique contemporaine

Aux environs de 1880, la physique paraissait avoir réalisé son unité : la mécanique avait intégré la thermodynamique grâce aux lois statistiques (v. ci-après) ; l’électricité avait annexé l’optique en rangeant la lumière parmi les ondes électromagnétiques. Mais certaines découvertes remirent tout en question.

• L’électron*. L’électrolyse suggéra l’idée de la structure granulaire de l’électricité. Plusieurs autres faits conduisirent à concevoir l’existence d’une particule électrisée négativement, l’électron, comme constituant universel de la matière. Le Hollandais Pieter Zeeman (1865-1943) s’en servit pour expliquer le dédoublement des raies spectrales émises par un gaz soumis à un champ magnétique et calcula le rapport de sa charge e à sa masse m. En 1895, Jean Perrin*, recevant des rayons cathodiques dans un cylindre de Faraday, montra que ces rayons, découverts en 1869 par Johann Wilhelm Hittorf (1824-1914), sont des particules chargées négativement. Joseph John Thomson* mesura leur charge massive e/m par action simultanée d’un champ électrique et d’un champ magnétique parallèles, et, trouvant la même valeur que celle qui fut obtenue par Zeeman, conclut que ce sont des électrons.